Geokimia Organik
5. Pembentukan dan Komposisi Minyak Bumi - Pembentukan Minyak Bumi - Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan Minyak Bumi - Migrasi Hidrokarbon - Komposisi Minyak Bumi - Terbentuknya Bahan Bakar Fosil - Perekaan Minyak Bumi Batuan Sumber
1
Pembentukan Minyak Bumi Secara pelan-pelan, selama katagenesis dan metagenesis, kerogen berevolusi menjadi cairan yang kaya hidrokarbon (minyak dan gas) minyak bumi ☻ Jumlah dan komposisi hidrokarbon tergantung pada komposisi bahan organik yang terikat pada struktur kerogen ☻ Pada kuliah yang lalu :
Kerogen type I : kaya struktur asiklik, alifatik rantai menengah dan panjang melimpah akan minyak Kerogen type II : sedikit alifatik asiklik, tapi mampu menghasilkan minyak
Kerogen type III : dominasi struktur alifatik rantai pendek (≤ C4) yang diturunkan dari maseral vitrinit Kerogen type IV : karbon intertinit, yang tidak menghasilkan hidrokarbon
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
2
Generasi minyak bumi Secara alami : senyawa yang cendrung membentuk batubara humat biasanya kecil potensinya untuk membentuk minyak
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
3
Hidrokarbon dari Batubara Karena secara alami senyawa pembentuk batubara cendrung membentuk batubara humat sangat kecil potensi pembentukan minyak ☻ Umumnya rantai alkil metana pada vitrinit, terutama apabila kandungan liptinit/eksinit relatif tinggi ☻ Sekalipun kerogen type III ~ batubara humat, tetapi pada batubara humat tidak dapat membentuk minyak, karena struktur fisik dan kimianya cendrung untuk menyerap hidrokarbon cair ☻ Beberapa batubara humat yang dilaporkan dapat menghaslkan minyak : Latrobe Group dari Cekungan Gippsland di Australia Tenggara karena kandungan bahan lipidnya (liptinit dan eksinit) tinggi yang berasal dari 1) lipid eksin spt, waks, resin, pollen yang terkonsentrasi selama diagenesis; 2) biomassa mikrobial (liptinit) hasil daur ulang tumbuhan tingkat tinggi selama diagenesis. Hidrokarbonnya didominasi C23 – C35 R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
4
Variasi komposisi hidrokabon vs kematangan kerogen Selama diagenesis : hidrokarbon hanya yang diturunkan organisme hidup saja (C11 – C35) dan CH4 dari methanogenesis Pada katagenesis : pembentukan hidrokarbon terbagi dua pembentukan minyak (oil window) dan gas basah. Hidrokarbon rantai panjang mulai terdegradasi pelan-pelan menjadi hidrokarbon rantai menengah dan pendek Pembentukan minyak terbatas pada suhu 100-150 oC atau pada kedalaman 2.5 – 4 km) Gas (C1 – C5) dihasilkan sampai pada suhu 230 oC dan kedalaman 6.5 km, kecuali CH4 pada permukaan oleh methanogenesis cracking zone
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
5
Variasi komposisi hidrokabon vs kematangan kerogen
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
6
Reaksi pembentukan hidrokarbon Reaksi siklisasi dan aromatisasi residu yang dibebaskan dari struktur kerogen
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
7
Reaksi pembentukan hidrokarbon Reaksi pembentukan hidrokarbon yang lebih pendek
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
8
Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan Minyak Bumi
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
9
Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan Minyak Bumi Suhu : Peningkatan geothermal berkisar antara 10 – 80 oC per km atau rata-rata 33 oC per km pembentukan minyak bumi berkaitan dengan kedalaman pemendaman Misalnya : di Cekungan Panonian Tersier (Eropa Tengah), yang mempunyai geothermal 50 oC per km sudah terbentuk minyak pada zaman Pliosen Waktu : Temperatur yang lebih tinggi akan mempersingkat waktu pembentukan minyak bumi waktu bertambah secara eksponensial dengan berkurangnya waktu Misalnya : pembentukan minyak pada 60 oC membutuhkan waktu 200 Ma, sedangkan pada 100 oC hanya membutuhkan 10 Ma.
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
10
Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan Minyak Bumi Kinetika pembentukan minyak bumi : ditentukan dengan TTI (time-temperature index), yang biasanya meningkat dua kali dengan kenaikan suhu 10 oC
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
11
Model Mackenzie dan Quigley (1988) : - labile kerogen (liptinit dan eksinit) minyak reactive kerogen - refractory kerogen (vitrinit) gas - inert kerogen (inertinit) tidak menghasilkan hidrokarbon
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
12
Pentingnya Waktu dan Suhu dalam Pembentukan Minyak Bumi Model Mackenzie dan Quigley (1988) : • minyak banyak terbentuk pada suhu 100 – 150 oC • gas utama terbentuk pada suhu 150 – 230 oC • minyak yang tertinggal pada batuan induk mengalami pemecahan ikatan menjadi gas pada suhu 150 – 180 oC • minyak tidak bisa bertahan sepanjang rentang geologi pada > 160 oC
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
13
Migrasi Hidrokarbon
Minyak bumi biasanya ditemukan di “reservoir” yang jauh dari batuan induknya, perpindahan minyak migrasi Migrasi minyak dibagi dua tahap : migrasi primer dan migrasi sekunder Migrasi primer : ekspulsi minyak bumi dari batuan sumber ke strata pembawa Migrasi sekunder : perpindahan minyak bumi melalui batuan pengangkut menuju reservoir Faktor yang berperanan dari batuan sumber dan batuan pengangkut : porosity dan permeability
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
14
Migrasi Hidrokarbon Mackenzie dan Quigley (1988) : diterangkan dengan jenis hidrokarbon yang dibebaskan dari berbagai jenis batuan sumber ada 3 kelas batuan sumber, berdasarkan tipe kerogen dan konsentrasi inisialnya Kelas 1 : dominan kerogen labil (oil-prone) pada konsentrasi > 10 kg/t, mulai melepaskan minyak pada suhu 100 oC dan pada 120 - 150 oC membebaskan sampai 60-90 % kandungan minyak Misalnya : batuan sumber North Sea Kimmeridge Clay Kelas 2 : masih mengandung kerogen labil dengan konsentrasi < 5 kg/t, membebaskan minyak dalam bentuk kondensat dan diikuti gas kering Misalnya : batuan sumber Nova Scotia dan Nile Delta Kelas 3 : mengandung refractory kerogen, yang menghasilkan gas kering Misalnya : Batubara palezoic dari Eropa dan Amerika Utara R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
15
Migrasi Hidrokarbon Gabungan Kelas 1 dan Kelas 3 Misalnya : Mahakam Delta dan Gippsland Basin, Aust Gabungan Kelas 2 dan Kelas 3 Misalnya : batubara Australia Tipe kerogen dan kandungannya diterangkan dengan PGI (petroleum generation index; fraksi organik yang mengalami transformasi menjadi minyak) dan PEE (petroleum expulsion efficiency; fraksi hidrokarbon yang digenerasi keluar dari batuan sumber) yang diplot versus suhu dengan kenaikan suhu dperkirakan 5 oC /Ma
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
16
Migrasi Hidrokarbon
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
17
Migrasi Hidrokarbon : Penjebakan dan pencadangan • Migrasi sekunder diakhiri dengan penjebakan (trap), yang terbagi atas dua kelas : structural dan stratigraphic • Structural traps : disebabkan oleh tektonik
• Stratigraphic traps : disebabkan lapisan pengendapan R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
18
Komposisi Minyak Bumi :
Komposisi kasar Komposisi minyak mentah : hidrokarbon (alifatik dan aromatik), resin dan aspalten, dengan susunan unsur penyusun sebagai berikut :
R. Y. Perry Burhan
Unsur penyusun
Kelimpahan (%berat)
C
82.2 – 87.1
H
11.8 – 14.7
S
0.1 – 5.5
O
0.1 – 4.5
N
0.1 – 1.5
Lainnya
≤ 0.1 Geokimia Organik 06
19
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi kasar
Komposisi minyak mentah secara umum : - 57 % hidrokarbon alifatik - 29 % hidrokarbon aromatik - 14 % resin - 2 % belerang thiofenik yang terikut pada hidrokarbon aromatik
Berdasarkan penggunaan dibagi atas dasar fraksi distilasi :
- gasoline ( C4 – C10 )
- kerosine ( C11 – C13 )
- diesel fuel ( C14 – C18 )
- heavy gas oil ( C19 – C25)
- lubricating oil ( C26 – C40 )
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
20
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon
Hidrokarbon alifatik (jenuh atau parafin) :
- alkana asiklik ( lurus dan bercabang) – 33 %
- sikloalkana (naftena) – 32 % Hidrokarbon aromatik – 35 % Senyawa NSO – yang tergabung ke dalam hidrokarbon aromatik
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
21
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
22
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
23
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi hidrokarbon pada minyak mentah Minyak parafinik : terutama alkana asiklik dengan < 1% belerang Minyak parafinik-naftenik : terutama alkana asiklik dan sikoalkana dengan < 1% belerang Minyak aromatik-intermediat : > 50 % hidrokarbon aromatik dan biasanya > 1% belerang
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
24
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi biomarka Biomarka : , 1 % berat dari total hidrokarbon, yang lazimnya diturunkan dari lipid, erikat pada struktur kerogen dan dibebaskan selama katagenesis Biomarka : isoprenoid asiklik, steroid, terpenoid dan porfirin
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
25
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi biomarka (pada minyak mentah)
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
26
Komposisi Minyak Bumi : Komposisi biomarka (pada batubara humat)
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
27
A suivre ...........
R. Y. Perry Burhan
Geokimia Organik 06
28
